Titel

Hochdruckpumpe für ein Kraftstoffeinspritzsystem

Die Erfindung betrifft eine Hochdruckpumpe für ein Kraftstoffeinspritzsystem, insbesondere ein Common-Rail-Einspritzsystem, mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 .

Stand der Technik

Aus der Offenlegungsschrift DE 10 2010 043 365 A1 geht eine Kraftstoff- Fördereinrichtung für eine Brennkraftmaschine hervor, welche ein Gehäuse zur Aufnahme wenigstens eines Fördermoduls und einer Antriebswelle zum Antrieb des Fördermoduls besitzt. Die Antriebswelle ist in einer Lagerbohrung des Gehäuses drehbar gelagert, wobei die Lagerbohrung ferner wenigstens zwei axial zueinander beabstandete Dichtungsanordnungen in Form von Wellendichtringen aufnimmt. Die Wellendichtringe liegen mit einer Dichtkontur an einem Wellenabschnitt der Antriebswelle an, wobei der Wellenabschnitt als Lauffläche dient.

Wenigstens zwei Wellendichtringe umfassende Dichtungsanordnungen sind in der Regel dann erforderlich, wenn es zwei verschiedene Medien voneinander zu trennen gilt. Wird die Fördereinrichtung unter Ölschmierung an die Brennkraftmaschine angebaut, ragt die Antriebswelle in den ölführenden Bereich der Brennkraftmaschine, so dass es die Medien Öl und Kraftstoff voneinander zu trennen gilt. Der außen liegende Wellendichtring soll verhindern, dass Öl in den kraftstoffführenden Innenraum der Hochdruckpumpe gelangt, während der innen liegende Wellendichtring den Austritt von Kraftstoff aus dem Innenraum der Hochdruckpumpe verhindern soll.

Das Ablaufen der Wellendichtringe auf dem Wellenabschnitt der Antriebswelle führt über die Zeit zu Eingrabspuren in Form von Rillen, die eine Tiefe von mehr als 90 μηι, beispielsweise 200 μηι, aufweisen können. Die Tiefe der Rillen bzw. die Deutlichkeit der Eingrabspuren hängen unter anderem von der Betriebsdauer und den Schmierbedingungen ab. Darüber hinaus unterliegen die Wellendicht- ringe dem Verschleiß, so dass diese nach einer gewissen Zeit ersetzt werden müssen. Sofern sich zu diesem Zeitpunkt bereits Eingrabspuren auf der Lauffläche der Antriebswelle gebildet haben, gilt es nicht nur die Wellendichtringe, sondern auch die Antriebswelle zu ersetzen. Dies kann jedoch bedeuten, dass auf die Antriebwelle genau abgestimmte weitere Antriebskomponenten ebenfalls ausgetauscht werden müssen, was schließlich den Austausch der Pumpe zur Folge hat.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Hochdruckpumpe für ein Kraftstoffeinspritzsystem bereit zu stellen, welche hohe Lebensdaueranforderungen erfüllt und einfach zu warten ist. Insbesondere soll der Austausch eines in einer Lagerbohrung aufgenommenen Wellendichtrings vereinfacht werden.

Zur Lösung der Aufgabe wird eine Hochdruckpumpe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 vorgeschlagen. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Offenbarung der Erfindung

Die vorgeschlagene Hochdruckpumpe umfasst ein mehrteilig ausgeführtes Gehäuse, in dem eine Antriebswelle zum Antrieb wenigstens eines Pumpenelemen- tes drehbar gelagert ist. Ein Teil des Gehäuses ist ein Flanschbauteil mit einer

Lagerbohrung zur Aufnahme eines Wellenabschnitts der Antriebswelle. Erfindungsgemäß besitzt das Flanschbauteil oder eine in das Flanschbauteil eingesetzte Buchse eine Innenumfangsfläche, welche eine Lauffläche für wenigstens einen mit der Antriebswelle verbundenen, radial außen dichtenden Wellendicht- ring zur Abdichtung der Lagerbohrung ausbildet. Die Ausbildung der Lauffläche an einer Innenumfangsfläche des Flanschbauteils oder einer hierin eingesetzten Buchse verhindert Eingrabspuren auf der Außenumfangsfläche der Antriebswelle, da der Wellendichtring bzw. die Wellendichtringe lediglich in Reibkontakt mit dem Flanschbauteil oder der hierin eingesetzten Buchse stehen. Sofern der Ver- schleiß über die Zeit den Austausch des Wellendichtrings bzw. der Wellendichtringe erforderlich machen sollte, bedarf es keines Austausches der Antriebswelle sowie hierauf abgestimmter weiterer Antriebskomponenten. Die Hochdruckpumpe ist demnach deutlich einfacher und kostengünstiger zu warten.

Sofern sich über die Zeit Eingrabspuren an der als Lauffläche dienenden Innen- umfangsfläche des Flanschbauteils bzw. der hierin eingesetzten Buchse ergeben, muss ggf. auch das Flanschbauteil bzw. die Buchse ersetzt werden. Der Zeit- und Kostenaufwand ist dennoch deutlich geringer als beim Austausch der Antriebswelle. Dies gilt insbesondere, wenn die als Lauffläche dienende Innen- umfangsfläche durch eine in das Flanschbauteil eingesetzte Buchse gebildet wird, da in diesem Fall lediglich die Buchse mit den Wellendichtringen ersetzt werden muss.

Bei bekannten Hochdruckpumpen mit radial innen dichtenden Wellendichtringen wird der als Lauffläche dienende Wellenabschnitt der Antriebswelle üblicherweise einer besonderen Bearbeitung unterzogen, um eine Oberfläche zu schaffen, die hinsichtlich Reibungskoeffizient, Härte usw. den an eine Lauffläche gestellten Anforderungen genügt. Vorzugsweise wird eine entsprechende Bearbeitung nunmehr an der Innenumfangsfläche des Flanschbauteils bzw. der hierin eingesetzten Buchse vorgenommen.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Lagerbohrung zur Ausbildung der als Lauffläche dienenden Innenumfangsfläche oder zur Aufnahme der Buchse als Stufenbohrung ausgeführt. Vorzugsweise besitzt die Stufenbohrung einen innen liegenden ersten Abschnitt, über welchen die Antriebswelle unmittelbar oder mittelbar über eine Gleitlagerbuchse drehbar gelagert ist, und einen außen liegenden weiteren Abschnitt, welcher gegenüber dem ersten Abschnitt einen größeren Innendurchmesser besitzt und die als Lauffläche dienende Innenumfangsfläche ausbildet bzw. die Buchse aufnimmt. Auf diese Weise wird zwischen dem Flanschbauteil bzw. der hierin eingesetzten Buchse und der Antriebswelle ein Ringraum ausgebildet, welcher der Aufnahme des Wellendicht- rings bzw. der Wellendichtringe dient. Die Stufe kann ferner der axialen AbStützung der in das Flanschbauteil eingesetzten Buchse dienen.

Vorteilhafterweise ist das Flanschbauteil aus einem Stahl oder einer Stahllegie- rung gefertigt. Dies gilt insbesondere, wenn auf den Einsatz einer Buchse verzichtet wird. Stahl oder Stahllegierungen weisen eine höhere Härte als beispiels- weise der Werkstoff Aluminium auf, so dass der Ausbildung von Eingrabspuren entgegengewirkt wird. Zudem ist eine Bearbeitung der als Lauffläche dienenden Innenumfangsfläche des Flanschbauteils möglich, die einer an einem Wellenabschnitt der Antriebswelle ausgebildeten Lauffläche entspricht.

Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass die Buchse in die als Stufenbohrung ausgeführte Lagerbohrung eingepresst ist. Die auf diese Weise bewirkte kraftschlüssige Verbindung zwischen dem Flanschbauteil und der Buchse stellt die Lagefixierung der Buchse sicher.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung besitzt die Buchse wenigstens eine Bohrung zur Entlastung eines zwischen zwei Wellendichtringen ausgebildeten Ringraums. Das heißt, dass wenigstens zwei axial zueinander beabstandete Wel- lendichtringe vorgesehen sind, zwischen welchen der Ringraum ausgebildet wird. Über die Bohrung kann eine in den Ringraum gelangende Leckagemenge abgeführt werden. Die Bohrung der Buchse steht hierzu in Verbindung mit einer weiteren Bohrung im Flanschbauteil, die vorzugsweise an einen Rücklauf angeschlossen ist. Im Rücklauf herrscht bevorzugt Umgebungsdruck, welcher dem Atmosphärendruck entspricht.

Wenigstens ein Wellendichtring ist weiterhin vorzugsweise kraftschlüssig mit der Antriebswelle verbunden. Der Kraftschluss kann beispielsweise mittels Aufpressen des Wellendichtrings auf die Antriebswelle bewirkt werden. Dadurch ist die Lagefixierung des Wellendichtrings sichergestellt. Die kraftschlüssige Verbindung erleichtert zudem die Montage und/oder die Demontage des Wellendichtrings.

Ferner wird vorgeschlagen, dass wenigstens ein Wellendichtring zumindest teilweise aus einem Elastomer gefertigt ist. Vorteilhafterweise besitzt zumindest ein Stützring des Wellendichtrings eine antriebswellenseitige Oberfläche aus einem Elastomer bzw. eine Elastomerschicht. Beispielsweise kann die Stützringoberfläche vollflächig gummiert sein. Auf diese Weise wird ein dichter Anschluss geschaffen. Dies gilt selbst dann, wenn im Falle einer Nachrüstung einer Hochdruckpumpe mit ursprünglich radial innen liegenden Wellendichtringen die Antriebswelle bereits Eingrabspuren besitzt, da sich das Elastomermaterial dichtend an die Antriebswelle anlegt. Vorzugsweise besitzt bzw. besitzen wenigstens ein Wellendichtring eine Dichtlippe aus Polytetraflourethylen oder Flourkautschuk und/oder die als Lauffläche dienende Innenumfangsfläche des Flanschbauteils bzw. der Buchse eine Be- schichtung aus Polytetraflourethylen oder Flourkautschuk. Dadurch wird der Verschleiß im Bereich des Reibkontaktes zwischen dem Wellendichtring und der Lauffläche gemindert und somit das Wartungsintervall verlängert.

Darüber hinaus kann vorgesehen sein, dass der im Flanschbauteil aufgenommene Wellenabschnitt der Antriebswelle einen Außenumfangsbereich mit verringertem Außendurchmesser zur Aufnahme wenigstens eines Wellendichtrings besitzt. Auf diese Weise wird ein radialer Absatz zur Abstützung des Wellendichtrings gebildet.

Sämtliche vorstehend genannte Maßnahmen - allein oder in einer Kombination - führen zu einer Hochdruckpumpe mit einer langen Lebensdauer, da es im Wartungsfall lediglich den bzw. die Wellendichtringe und allenfalls das Flanschbauteil bzw. die hierin eingesetzte Buchse auszutauschen gilt. Die Antriebswelle muss nicht ausgetauscht werden, so dass es nicht zu Abstimmungsproblemen kommt. Die Wartung kann somit einfach und kostengünstig durchgeführt werden.

Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Diese zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine erste erfindungsgemäße Hochdruckpumpe im Bereich des Flanschbauteils und

Fig. 2 einen Längsschnitt durch eine zweite erfindungsgemäße Hochdruckpumpe im Bereich des Flanschbauteils.

Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen

Die in der Fig. 1 dargestellte bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Hochdruckpumpe umfasst ein Gehäuse 1 mit einem Grundkörper 12 und einem Flanschbauteil 3, das mit dem Grundkörper 12 verbunden ist. In dem Flanschbauteil 3 ist eine als Stufenbohrung ausgeführte Lagerbohrung 4 zur Aufnahme eines Wellenabschnitts 2.1 einer Antriebswelle 2 ausgebildet. In einen in- nen liegenden ersten Abschnitt der Lagerbohrung 4 ist eine Gleitlagerbuchse 13 zur Ausbildung eines Gleitlagers eingesetzt. In einen außen liegenden weiteren Abschnitt der Lagebohrung 4, welche einen größeren Innendurchmesser als der erste Abschnitt besitzt, ist eine Buchse 5 zur Ausbildung einer Lauffläche für zwei Wellendichtringe 7, 8 eingepresst. Der größere Innendurchmesser bildet einen

Aufnahmeraum für die Wellendichtringe 7, 8 aus.

Die zwei in einem axialem Abstand zueinander angeordneten Wellendichtringe 7, 8 sind auf einen Außenumfangsbereich 2.2 des Wellenabschnitts 2.1 der An- triebswelle 2 aufgepresst, welcher gegenüber dem Außendurchmesser der Antriebswelle 2 einen verringerten Außendurchmesser besitzt. Die Antriebswelle 2 ist demnach ebenfalls gestuft ausgeführt. Durch das Aufpressen der Wellendichtringe 7, 8 auf die Antriebswelle 2 wird ein Kraftschluss und damit eine Lagefixierung der Wellendichtringe 7, 8 bewirkt. Der Wellendichtring 7 weist einen Stütz- ring auf, der antriebswellenseitig vollflächig gummiert ist, während der Stützring des Wellendichtrings 8 außenseitig vollständig von einem Elastomermantel umgeben ist. Das Elastomermaterial beider Wellendichtringe 7, 8 gewährleistet einen dichten Anschluss. Ferner besitzt der Wellendichtring 7 eine Dichtlippe 1 1 aus Polytetraflourethylen, während die Dichtlippe des Wellendichtrings 8 von dem Elastomermaterial gebildet wird. Anstelle zweier unterschiedlicher Wellendichtringe 7, 8 können auch gleiche Wellendichtringe eingesetzt werden, so dass die Darstellung der Fig. 1 nur beispielhaft ist.

Mit ihren Dichtlippen 1 1 liegen die Wellendichtringe 7, 8 jeweils an einer Innen- umfangsfläche 6 einer in das Flanschbauteil 3 eingepressten Buchse 5 an, welche zugleich die Lauffläche für die Wellendichtringe 7, 8 ausbildet. Es handelt sich vorliegend demnach um radial außen dichtende Wellendichtringe 7, 8. Im Betrieb der Hochdruckpumpe werden die Dichtlippen 1 1 der Wellendichtringe 7, 8 und die Innenumfangsfläche 6 der Buchse 5 auf Reibung beansprucht, wobei die Wellendichtringe 7, 8 über die Zeit verschleißen und sich auf der Innenumfangsfläche 6 der Buchse 5 Eingrabspuren ergeben können. Um den Verschleiß an der Innenumfangsfläche 6 zu mindern, ist diese vorliegend mit einer Schicht aus Polytetraflourethylen versehen. Dennoch kann ein Austausch der Buchse 5 erforderlich sein, wenn im Rahmen einer Wartung die Wellendichtringe 7, 8 er- setzt werden. Diese Maßnahme ist jedoch wesentlich kostengünstiger als der

Austausch der Antriebswelle sowie etwaiger hierauf abgestimmter weiterer An- triebskomponenten bei radial innen dichtenden Wellendichtringen, die auf der Antriebswelle ablaufen.

Die Buchse 5 besitzt eine Bohrung 9, über welche ein Ringraum 10 zwischen den beiden Wellendichtringen 7, 8 entlastbar ist. Die Bohrung 9 ist hierzu mit einer weiteren Bohrung 14 im Flanschbauteil 3 verbunden, welche wiederum an einen Rücklauf (nicht dargestellt) angeschlossen ist. Über die Bohrungen 9, 14 kann demnach über die Lagerbohrung 4 in den Ringraum 10 im Wege der Leckage gelangender Kraftstoff abgeführt werden.

Die in der Fig.2 dargestellte weitere bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Hochdruckpumpe unterscheidet sich von der der Fig. 1 im Wesentlichen dadurch, dass die Buchse 5 entfällt. Die als Lauffläche dienende In- nenumfangsfläche 6 wird in diesem Fall von dem Flanschbauteil 3 selbst ausge- bildet. Als Flanschbauteil wird ein Stahlteil verwendet, dessen Innenumfangsflä- che 6 einer besonderen Bearbeitung unterzogen worden ist, um die Oberflächenbeschaffenheit den Anforderungen an eine Lauffläche anzupassen. Die Bearbeitung der Innenumfangsfläche entspricht dabei der üblichen Bearbeitung einer Außenumfangsfläche einer Antriebswelle, wenn diese eine Lauffläche für ei- nen Wellendichtring ausbildet.

Auch bei der Ausführungsform der Fig. 2 ist der Ringraum 10 entlastbar. Indem auf den Einsatz einer Buchse 5 verzichtet wird, erfolgt die Entlastung des Ringraums 10 direkt über die Bohrung 14 des Flanschbauteils 3.

Beide in den Fig. 1 und 2 dargestellte Hochdruckpumpen sind in der Weise an eine Brennkraftmaschine 15 angebaut, dass jeweils ein Kupplungsabschnitt 2.3 der Antriebswellen 2 in den ölführenden Bereich der Brennkraftmaschine ragt. Die auf den Antriebswellen 2 angeordneten Wellendichtringe 7, 8 verhindern da- bei, dass Öl aus dem ölführenden Bereich der Brennkraftmaschine 15 in den kraftstoffführenden Bereich der Hochdruckpumpe und Kraftstoff aus dem kraftstoffführenden Bereich der Hochdruckpumpe in den ölführenden Bereich der Brennkraftmaschine 15 gelangt. Es wird demnach eine wirksame Medientrennung erzielt.